[發明專利]一種具有棉花狀結構的BiOCl光催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201410698026.8
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104492465A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 趙梅;董立峰;李成棟;王貝;李平;付博
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: B01J27/10
• 分類號: B01J27/10;C01G29/00;B82Y40/00;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 趙映蓉

技術領域：

本發明屬于光催化劑制備技術領域，涉及一種具有棉花狀結構的可見光光催化劑BiOCl及其制備方法，所制備的BiOCl光催化劑具有由超薄納米片堆垛而成的棉花狀結構，該結構的BiOCl光催化劑具有優異的光催化活性，在可見光輻照下能夠使甲基橙充分吸附和光敏繼而快速降解。

背景技術：

目前，應用光催化材料降解環境中的有毒有機污染物已被證明是治理環境污染的最有效渠道，這其中半導體光催化材料應用最為廣泛；作為重要的V-VI-VII族半導體材料，BiOCl被證明是新型的高效光催化劑，但由于BiOCl具有3.19-3.44eV的帶隙，理論上不能被可見光激發，為了拓寬BiOCl光吸收的范圍至可見光領域，研究人員進行了大量的實驗研究，通過離子摻雜、與其它半導體材料進行復合、貴金屬沉積等方式對BiOCl進行改性，例如有Sarwan等人報道的過渡金屬錳摻雜氯氧化鉍的吸收光譜出現紅移，帶隙從3.48eV降低至2.75eV，可見光降解甲基藍的活性大幅度提高；Zan等人證明貴金屬Ag沉積的Ag/AgCl/BiOCl復合催化劑，也大幅度提高了BiOCl的可見光催化效果；Sajjad?Shamaila等合成了BiOCl/WO₃異質結光催化材料，該復合材料在可見光條件下降解羅丹明表現出很好的光催化性能；但是上述復合光催化劑的制備過程復雜、成本高，大大制約了改性BiOCl光催化劑實用進程的進展。

最近，研究人員發現BiOCl的顯微結構與其光催化活性有直接的關系，因此改變顯微結構被認為是對BiOCl進行改性的另一種途徑，具體是指不改變BiOCl的物相，通過改變合成方法或者調整制備工藝來優化BiOCl的顯微結構，以制備表面積更大、結晶度更高的BiOCl納米材料，使其光響應范圍拓寬到可見光領域；例如Xiong報道合成了可控形貌的3DBiOCl分等級納米結構，并實現了在可見光下降解羅丹明B；Li報道制備了暴露活性面的3D分等級結構的BiOCl納米材料，并用來在可見光下降解對氯苯酚；中國專利(公布號：CN?103252244A)公開的“一種可見光響應型BiOCl光催化劑的制備及其應用方法”，其應用鉍酸鈉、鹽酸和碘化鉀為原料，利用碘離子的強還原性和選擇性吸附性能，將BiOCl光催化劑的吸收光譜拓寬到可見光區，并在可見光下成功降解羅丹明B和亞甲基藍；中國發明(公開號：CN?101664687A)公開的“一種染料敏化的BiOCl和氟氧化鉍可見光催化劑的制備及其應用”，其說明了羅丹明B/BiOCl催化劑在可見光照射90分鐘實現對73％對氯苯酚的降解；但上述報道中的納米片或納米花等分等級結構的BiOCl納米材料，雖然使BiOCl光催化劑表現出可見光催化活性從而使得羅丹明B光敏化，但均不能使相對穩定的典型污染物甲基橙充分吸附并發生光敏。

當前，光催化劑對染料等污染物的降解是通過兩種機制完成的，一種是光催化劑自身受激發的光催化機制，另一種是染料受光激發的光敏機制；在可見光照射下，如果光催化劑吸收波長不在可見光區，則染料的光降解基本是依靠染料光敏機制完成的；上述報道中BiOCl作為光催化劑在可見光下的活性并不是由于其自身的可見光激發，而是因為BiOCl的特殊顯微結構借助于染料光敏機制實現了從紫外光向可見光的拓寬。染料光敏光催化過程一般分為三步：染料吸附于光催化劑表面、染料受可見光激發產生自由電子和自由電子注入到催化劑導帶上然后降解染料；因此，染料敏化光降解的程度在很大程度上受染料在催化劑表面吸附強弱的制約。甲基橙(Methyl?Orange，MO)是具有代表性的偶氮染料，被廣泛地應用于化工、紡織和造紙等行業，常用的生物、物化等污水處理方法均不能將甲基橙染料廢水完全分解，而目前也尚未有可見光下BiOCl光催化降解甲基橙的相關報道。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計一種具有棉花狀結構的BiOCl光催化劑及其制備方法，成功將BiOCl光催化劑的光響應范圍拓寬到可見光區，并實現用該光催化劑可見光光催化降解甲基橙。

為了實現上述目的，本發明研究制備的BiOCl光催化劑具有超薄納米片堆垛而成的棉花狀結構，所述超薄納米片的橫向尺寸是50-500nm，厚度尺寸是2-12nm。

本發明涉及的BiOCl光催化劑的制備方法具體包括以下工藝步驟：